固硫灰基防水性混凝土的制備研究*

吳璟菲

（1. 山西平朔煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 朔州 036800；2. 朔州市巨光建材開發(fā)有限公司，山西 朔州 036800）

固硫灰基防水性混凝土的制備研究*

吳璟菲1,2

（1. 山西平朔煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 朔州 036800；2. 朔州市巨光建材開發(fā)有限公司，山西 朔州 036800）

本文以超細(xì)固硫灰、水泥為主要原料制備泡沫混凝土，研究在料漿中摻加石蠟乳液、有機(jī)硅烷和硬脂酸鈣等防水劑對(duì)其成型高度、3d 和 28d 強(qiáng)度以及防水性的影響。結(jié)果表明，各防水劑均會(huì)在不同程度上降低泡沫混凝土成型高度和強(qiáng)度，但對(duì)其防水性能的影響不同。其中，摻加1% 的硬脂酸鈣防水劑的固硫灰基泡沫混凝土，其試樣實(shí)際成型高度相對(duì)最高，3d 和 28d 強(qiáng)度優(yōu)于摻加防水劑的其他試樣，且防水性最優(yōu)。

固硫灰；防水性泡沫混凝土；吸水率

泡沫混凝土以其質(zhì)輕、導(dǎo)熱系數(shù)小、吸音隔熱、使用壽命長(zhǎng)、無毒害等優(yōu)點(diǎn)得以在建筑、園林、管道保溫、回填等方面廣泛應(yīng)用[1]?，F(xiàn)澆泡沫混凝土在我國(guó)最初主要集中應(yīng)用于建筑屋面、地面節(jié)能保溫工程，而隨著其他領(lǐng)域?qū)υ摬牧蟽?yōu)良特性認(rèn)知度的逐漸提升，其應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大，在我國(guó)市政道路、礦山回填等工程中的應(yīng)用量逐年上升。但在這些應(yīng)用中泡沫混凝土常處于開放環(huán)境中，因其自身吸水率高造成的抗凍性差、強(qiáng)度衰減快等現(xiàn)象仍然存在。解決吸水性的問題是泡沫混凝土跨越性能壁壘，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。若此問題能夠得以解決，泡沫混凝土可應(yīng)用的范圍便可以擴(kuò)展到水利治理、海綿城市建設(shè)、道路填充等方向，應(yīng)用前景更加廣闊。

影響泡沫混凝土吸水率的因素主要有泡沫混凝土的密度、孔結(jié)構(gòu)和滲透機(jī)理等，常用的降低泡沫混凝土吸水率的方法主要有：在泡沫混凝土料漿中摻加防水劑；在泡沫混凝土表面涂覆一層防水材料；以及在料漿中摻加減水劑以降低水灰比，進(jìn)而提高防水性[2]。

泡沫混凝土制備過程中通常摻入粉煤灰、礦渣等工業(yè)廢棄物以節(jié)約成本。循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)燃煤與脫硫劑燃燒固硫產(chǎn)生的固硫灰與普通煤粉爐粉煤灰性質(zhì)差別較大[3]。隨著循環(huán)流化床發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展，固硫灰的產(chǎn)生量不斷增多，亟待資源化利用。陳雪梅[4]研究了不同容重等級(jí)固硫灰泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度的影響因素及耐久性，制備了以固硫灰為主要原料（占比高達(dá)70%）的泡沫混凝土。

因此，為提高固硫灰的資源化利用水平，提升泡沫混凝土的防水性，以拓寬其應(yīng)用范圍，本試驗(yàn)以超細(xì)固硫灰、水泥為主要原料制備泡沫混凝土，研究在料漿中摻加不同種類防水劑對(duì)其防水性的影響。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原料

本試驗(yàn)采用固硫灰、普通硅酸鹽水泥、發(fā)泡劑、水和防水劑制備泡沫混凝土。

固硫灰來源于朔州某電廠循環(huán)流化床鍋爐燃煤矸石發(fā)電產(chǎn)生的固體廢棄物，其中粒徑為 38.22μm，粒度分布情況如圖1所示。主要化學(xué)成分為：SiO237.9%，Al2O335.8%，F(xiàn)e2O34.6%，CaO10.3%，MgO1.9%，SO32.2%，燒失量3.1%。

圖1 固硫灰粒度分布圖

普通硅酸鹽水泥為朔州市某建材公司生產(chǎn)的P·O42.5水泥，其性能指標(biāo)如表1 所示；發(fā)泡劑為市售動(dòng)物型發(fā)泡劑，發(fā)泡倍數(shù) 30 倍，1h 泌水量 50mL，1h沉降距為 65mm。

試驗(yàn)用水為朔州當(dāng)?shù)刈詠硭?/p>

本試驗(yàn)采用三種防水劑以外摻形式加入到泡沫混凝土料漿中，防水劑分別為：壽光鑫特麗化工有限公司生產(chǎn)的石蠟乳液、濟(jì)南多維橋化工有限責(zé)任公司硅烷防水劑和淄博市淄川五龍化工材料廠的硬脂酸鈣，各防水劑編號(hào)及性能如表2 所示。

表1 P·O 42.5水泥性能指標(biāo)

表2 防水劑性能

1.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)按表3 所示的泡沫混凝土配合比制備料漿，澆注成 100mm×100mm×100mm 的試塊，養(yǎng)護(hù)至齡期。按照 JC/T 266—2011《泡沫混凝土》相應(yīng)規(guī)定測(cè)試試塊的容重、抗壓強(qiáng)度和吸水率。

表3 試驗(yàn)配比 w t%

2 結(jié)果與討論

分別對(duì)各試樣的厚度偏差、抗壓強(qiáng)度、吸水率等性能進(jìn)行測(cè)定，其結(jié)果如表4 所示。

2.1 防水劑對(duì)泡沫混凝土性能的影響

不同試樣的厚度偏差測(cè)試結(jié)果如圖2所示。

試樣的厚度偏差率表示試樣實(shí)際厚度與理論厚度的偏差情況，偏差率值越小，表明偏差情況越大。從表4 和圖2發(fā)現(xiàn)，隨著防水劑加入量的增加，試樣實(shí)際厚度較理論厚度偏差越大。

但總體而言，摻加防水劑1（石蠟乳液）和防水劑2（有機(jī)硅烷）的試樣實(shí)際厚度較理論厚度偏差更大，這是由于摻加的防水劑因?yàn)槠溆袡C(jī)的材料特性，故會(huì)影響泡沫穩(wěn)定性，降低泡沫混凝土成型高度，產(chǎn)生塌落現(xiàn)象；摻加防水劑3（硬脂酸鈣）的試樣實(shí)際厚度較理論厚度偏差較小，效果相對(duì)最好。因此，硬脂酸鈣防水劑對(duì)泡沫混凝土的成型高度影響相對(duì)較小。

表4 試樣性能測(cè)試結(jié)果

圖2 試樣厚度偏差率測(cè)定結(jié)果

2.2 防水劑對(duì)泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

不同試樣的抗壓強(qiáng)度如圖3所示。

圖3 試樣強(qiáng)度

從表4 和圖3可以看出，加入防水劑后，泡沫混凝土的早期抗壓強(qiáng)度和后期強(qiáng)度均比試樣 S1 低，且隨著摻加量的增大而不斷降低。這是因?yàn)橛袡C(jī)防水劑具有保水性及吸水性，對(duì)混凝土水化過程有不良影響，因此強(qiáng)度均有所降低。

相比較而言，摻加防水劑3（硬脂酸鈣）的試樣早期強(qiáng)度和下降不大，但隨著摻加量的增大，其后期強(qiáng)度下降幅度較大，其摻加量在1% 時(shí)，試樣的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度相對(duì)較高。

2.3 防水劑對(duì)泡沫混凝土吸水率的影響

不同試樣的吸水率如圖4所示。

圖4 試樣吸水率

從表4 和圖4可以看出，泡沫混凝土中摻加防水劑時(shí)，除摻加1% 的防水劑2（有機(jī)硅烷）以外，均在一定程度上降低了泡沫混凝土的吸水率。

摻加防水劑1（石蠟乳液）可提高泡沫混凝土的防水性，其原因在于石蠟乳液可附著于水泥砂漿內(nèi)部的空隙表面并對(duì)孔隙進(jìn)行填充，從而改變內(nèi)部孔洞結(jié)構(gòu)和孔隙表面的接觸角，起到防水作用[1]，隨著摻加量的增大，試樣吸水率先降低后升高；當(dāng)摻加量為1% 時(shí)，吸水率可降低至 37.4%。

摻加防水劑2（有機(jī)硅烷）時(shí)，其參與泡沫混凝土的水化反應(yīng)，在混凝土表面產(chǎn)生憎水層，但對(duì)泡沫混凝土結(jié)構(gòu)中密閉氣孔的形成無較大作用，因此防水效果相對(duì)較差，其應(yīng)更適合外涂方式。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)其摻加量為1% 時(shí)，試樣的吸水率反而較空白樣稍高。

摻加防水劑3（硬脂酸鈣）時(shí)，由于硬脂酸鈣中含有羧酸基，可以在水泥顆粒表面形成薄膜憎水層[1]，故可以顯著改善泡沫混凝土的防水性。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)硬脂酸鈣的摻加量為1% 時(shí)，試樣的吸水率最低，僅為8.5%。

綜上所述，本試驗(yàn)制備的防水性泡沫混凝土的最適宜防水劑為硬脂酸鈣防水劑，且其加入量以1% 為宜。

3 結(jié)論

（1）固硫灰基泡沫混凝土中摻加防水劑時(shí)，會(huì)在一定程度上降低試樣的實(shí)際成型高度，造成塌落現(xiàn)象，且隨摻加量的增加，塌落現(xiàn)象越明顯；硬脂酸鈣防水劑對(duì)泡沫混凝土的成型高度影響相對(duì)較小。

（2）固硫灰基泡沫混凝土中摻加防水劑后均會(huì)對(duì)泡沫混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響，由于防水劑本身不參與膠凝材料的水化反應(yīng)，或由于吸收膠凝體系中的水分，導(dǎo)致強(qiáng)度降低程度有所差異，且摻加1% 的硬脂酸鈣時(shí)，對(duì)試樣的強(qiáng)度影響相對(duì)較小。

（3）有機(jī)硅烷更適合于外涂以提高泡沫混凝土的防水性；石蠟乳液對(duì)泡沫混凝土的防水性能的改善起到積極作用；硬脂酸鈣對(duì)泡沫混凝土的防水性能改善更為顯著，且當(dāng)硬脂酸鈣的摻加量達(dá)1% 時(shí)，試樣防水性能最優(yōu)。

（4）本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，摻加1% 的硬脂酸鈣防水劑制備的固硫灰基泡沫混凝土，試樣實(shí)際成型高度相對(duì)最高，3d 和 28d 強(qiáng)度優(yōu)于摻加防水劑的其他試樣，防水性最優(yōu)。

[1]丁曼．防水性泡沫混凝土研究[D]．湖南：湖南大學(xué)碩士學(xué)位論文，2011．

[2]褚會(huì)超，呂憲俊，張燕，等．降低泡沫混凝土吸水率的研究現(xiàn)狀及展望[J]．硅酸鹽通報(bào)，2016,35(9): 2852-2859．

[3]武建芳，張國(guó)良，趙耀芳，等．朔州固硫灰特性研究及應(yīng)用現(xiàn)狀[J]．粉煤灰，2015(4): 23-26．

[4]陳雪梅．固硫灰泡沫混凝土的制備及性能研究[D]．綿陽：西南科技大學(xué)，碩士學(xué)位論文，2011．

MC2014-04“高摻量高強(qiáng)度粉煤灰水泥的制備”（2014年度山西省煤基重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目）

吳璟菲（1987—），男，山西朔州人，本科，工程師，長(zhǎng)期從事電廠固廢利用研究及應(yīng)用工作。

［通訊地址］山西省朔州市平魯區(qū)安太堡礦工業(yè)區(qū)內(nèi)（036800）